印刷油墨廢水成分復(fù)雜，色度大，有機物含量高（COD 可達20 g/L 左右，有的高達* 00 g/L），生物降解性很低，大多具有潛在毒性，是極難處理的工業(yè)廢水之一。直接排放會破壞水生生態(tài)環(huán)境，造成水體嚴重污染。目前我國對油墨廢水的處理方法主要有物理、化學和生物處理或者幾種處理技術(shù)組合以強化處理效果，以上常規(guī)的水處理方法已不能滿足處理要求。研發(fā)高效新型的油墨廢水（預(yù)）處理方法和技術(shù)，是此類廢水處理的難點之一。高級氧化技術(shù)作為一種新環(huán)境凈化技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。其中，F(xiàn)enton氧化技術(shù)能夠有效去除廢水的COD，能使許多結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、甚至很難被生物降解的有機物轉(zhuǎn)化為無毒無害可生物降解的低分子物質(zhì)，可提高生物處理有效性和經(jīng)濟可行性，同時具有設(shè)備簡單、反應(yīng)條件溫和、高效等優(yōu)點，在印染廢水的深度處理中有較好的應(yīng)用前景。響應(yīng)曲面法是一種綜合實驗設(shè)計和數(shù)學建模的優(yōu)化方法，是一種可靠的研究廢水處理過程的分析方法，可以有效地分析過程參數(shù)單獨的及相互作用對響應(yīng)量的影響。利用響應(yīng)曲面法對有限的實驗點進行分析得到模型，可預(yù)測目標值的具體工藝條件，能大大地減少實驗的次數(shù)和時間。本文以油墨廢水為研究對象，采用Fenton 試劑氧化降解廢水中的有機污染物，利用Box-Behnken 分析法，以廢水的COD 去除率為響應(yīng)值，對影響其降解的關(guān)鍵因素（初始pH 值、H2O2投加量及FeSO* 投加量）進行優(yōu)化并得到最佳條件。

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實驗材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1實驗水樣和藥品

實驗水樣：水樣取自河北省某廠實際油墨廢水，經(jīng)分析原始廢水COD 高達200~2* 0 g/L，pH 值為* .2，色度約為1* 000 倍（稀釋倍數(shù)法），渾濁，墨綠色，有較濃臭味。由于原始COD 太高，直接處理原廢水，COD去除率不理想，經(jīng)試驗確定采用將原水水樣稀釋* 00倍之后進行研究。

藥品：FeSO* ·7H2O，H2O2（質(zhì)量分數(shù)為* 0%），濃H2SO* 和NaOH，均為分析純。

1.1.2所用儀器

PHS -* C 數(shù)字酸度計、JB -1A 磁力攪拌器、JA200* N 分析天平、紫外燈（20 W 低壓汞燈）、* B-C型COD 快速測定儀及常用玻璃器皿若干。

1.2 方法

1.2.1實驗方法

量取100 mL 水樣（COD 值約為* * 7.* mg/L，色度約為2* ，pH 值為* .* ）于燒杯中，向溶液中加入一定量FeSO* ，調(diào)節(jié)pH 值為一定值，再加入一定量的H2O2，在室溫下，置于磁力攪拌器吉印通 行攪拌反應(yīng)一定時間后，將溶液pH 調(diào)節(jié)至10 左右。靜置一段時間后過濾，取濾液進行分析，考察初始pH 值、H2O2投加量、FeSO* 投加量對油墨廢水COD 的影響規(guī)律。

1.2.2分析方法

COD 采用化學需氧量速測儀測定。

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結(jié)果與討論

2.1 響應(yīng)曲面設(shè)計與分析

2.1.1響應(yīng)曲面分析方案與結(jié)果

依據(jù)前期單因素的研究結(jié)果，得到明顯影響Fenton 氧化油墨廢水的因素有：初始pH 值，H2O2投加量，F(xiàn)eSO* 投加量，對* 因素及其水平進行設(shè)計。利用Design Expert * .0 軟件，采用Box-Behnken 設(shè)計方案，設(shè)計響應(yīng)曲面，對Fenton 氧化處理油墨廢水的COD 去除率進行優(yōu)化，確定最優(yōu)工藝。以COD 去除率為響應(yīng)值，初始pH 值、H2O2投加量及FeSO* 投加量為自變量。其中x1，x2 和x* 分別為初始pH 值，H2O2投加量，F(xiàn)eSO* 投加量，并以-1，0，+1 代表* 因素的水平，按方程Xi=（xi-x0）/Δx 對自變量進行編碼。其中，Xi為變量的編碼值；xi 為變量的真實值；x0 為實驗中心點處變量的真實值；Δx 為變量的變化步長。自變量因素編碼及水平見表1。

2.1.2響應(yīng)曲面法設(shè)計實驗結(jié)果

響應(yīng)曲面法設(shè)計實驗，利用統(tǒng)計軟件Design Expert* .0 中的ANOVA（analysis of variance，方差分析）進行分析。結(jié)果列于表2。

2.1.* 模型方程及顯著性檢驗

應(yīng)用統(tǒng)計軟件Design Expert * .0 對表2 中的數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到Fenton試劑氧化油墨廢水的二元多項式回歸方程：

η=* 2.72+* .* * X1-2.19X2+0.* 9X* -0.* * X1X2-0.1* X1X* +0.17X2X* -* .00X12-9.* 7X22-* .* 2X* 2

式中，η為COD 去除率的預(yù)測值，X1、X2 和X* 分別為初始pH 值、H2O2投加量（mg/L）、FeSO* 投加量（mg/L）。對該回歸方程進行的方差分析見表* 。

由表* 回歸方程的方差分析（ANOVA）可知，該模型顯著性高，X1，X2，X12，X22 和X* 2 的ProbF 值均小于0.000 1，為極顯著性影響因素，X* 的P 值為0.00* 小于0.0* ，說明其是顯著性影響因素。其中初始pH 值對油墨廢水COD 降解率的影響最大，其次是H2O2投加量，F(xiàn)eSO* 投加量。由表* 得出，模型的適應(yīng)性非常顯著（F 值為1 * 99.* * ，P＜0.000 1），模型的失擬項不顯著（P=0.* 07 9＞0.0* ），說明回歸方程描述各因子與響應(yīng)值之間的非線性方程關(guān)系是顯著的，也就是說明這種實驗方法是可靠的；并且多元相關(guān)系數(shù)R2= 0.999 * ，說明該模型能解釋99.9* % 響應(yīng)值的變化，即該模型與實際實驗擬合良好，R2Adj-R2Pred=0.99* 7-0.99* 7=0.00* 0＜0.2；CV=0.* * %＜10%，表明模型的可信度和精密度高。綜上所述，說明在研究區(qū)域內(nèi)該回歸方程能夠很好地模擬真實的曲面，模型的精密度、可信度和精確度均在可行的范圍內(nèi)，因此可用該回歸模型對Fenton 氧化油墨廢水中的COD 優(yōu)化實驗條件進行分析、預(yù)測。

2.1.* 雙因子交互效應(yīng)分析

根據(jù)回歸方程，各因素之間兩兩作等高線圖以及* D 圖，圖1、2、* 顯示了初始pH 值、H2O2投加量、FeSO* 投加量之間兩兩因素對COD 去除率的交互效應(yīng)。

圖1 顯示了H2O2投加量和初始pH 值對COD 去除率的影響。由響應(yīng)曲面圖可以明顯得出，COD 去除率隨初始pH 值和H2O2投加量的增大，先增大到一定程度后開始降低，而在H2O2投加量* * 2~972 mg/L，初始pH 值2.* * ~* .00 的不規(guī)則區(qū)域，COD 的去除率均在* 0.0%以上；其中COD 去除率對初始pH 的變化比對H2O2投加量的變化更為敏感。圖2 顯示了FeSO* 投加量和初始pH 值交互影響，在FeSO* 投加量717~* * * mg/L，初始pH 值2.* * ~* .00 的不規(guī)則區(qū)域，COD的去除率均在* 0.0%以上；其中COD 去除率對初始pH的變化比對FeSO* 投加量的變化更為敏感。圖 * 顯示了H2O2投加量和FeSO* 投加量交互作用對COD去除率的影響，在H2O2投加量* * 2~972 mg/L，F(xiàn)eSO* 投加量717~* * * mg/L，COD 的去除率均在* 0.0%以上；其中COD 去除率對H2O2投加量的變化比對FeSO* 投加量的變化更為敏感。因此初始pH 值、H2O2投加量，F(xiàn)eSO* 投加量對COD 去除率的影響大小為：初始pH 值＞H2O2投加量＞FeSO* 投加量。

2.2 模型的驗證

為了求解獲得COD 去除率最大時的參數(shù)值，根據(jù)響應(yīng)曲面模型求解帶入約束條件的最大值MaximizeCOD。在油墨廢水處理的各種影響因素中，初始pH 值對COD 去除率影響最為顯著，其次是H2O2投加量和FeSO* 投加量。因此在此約束條件內(nèi)求得最大值為COD 為* * .2%，其中X1=2.7，X2=779，X* =* 0* 。為此對預(yù)測結(jié)果進行驗證，采用在最優(yōu)條件下進行實驗，實驗進行了* 組，得到油墨廢水COD 去除率平均值為* 2.* %，與回歸方程得到的預(yù)測值相比偏差僅為1.* * %，說明實驗值與預(yù)測值之間的擬合性良好，證明該模型對Fenton 氧化處理油墨廢水的條件進行分析和預(yù)測較為準確可靠，精密度高、預(yù)測性好，對工程實際有一定的實踐意義，具有實用價值。

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結(jié)論

（1）采用響應(yīng)曲面法的Box-Behnken 模型設(shè)計研究Fenton 氧化處理油墨廢水的優(yōu)化實驗條件，以油墨廢水的COD 去除率為響應(yīng)值建立二次多項式回歸方程具有高度顯著性（P0.000 1），R2=0.999 * ，且失擬項不顯著，回歸方程與實際情況擬合良好，可選用該模型對油墨廢水COD 去除率優(yōu)化實驗條件進行分析、預(yù)測。

（2）Fenton 氧化處理油墨廢水的* 個參數(shù)對COD去除率的影響兩兩之間有一定的交互作用，其中初始pH 值，H2O2投加量，F(xiàn)eSO* 投加量對COD 去除率的影響大小為：初始pH 值＞H2O2投加量＞FeSO* 投加量。

（* ）按照數(shù)據(jù)處理獲得的優(yōu)化參數(shù)：初始pH 值2.7，H2O2投加量779 mg/L，F(xiàn)eSO* 投加量* 0* mg/L，該條件下的預(yù)測值為* * .2%，在最優(yōu)條件進行實驗，對預(yù)測值進行驗證，得到油墨廢水COD 去除率為* 2.* %，實驗結(jié)論和模擬值擬合性良好，偏差僅為1.* * %。